一種噴霧干燥塔的新風預處理系統(tǒng)

涂偉 周開翔 付曜 梅勇 袁亮

（中國輕工業(yè)武漢設計工程有限責任公司，武漢 430060）

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一種噴霧干燥塔的新風預處理系統(tǒng)

涂偉 周開翔 付曜 梅勇 袁亮

（中國輕工業(yè)武漢設計工程有限責任公司，武漢 430060）

摘 要噴霧干燥技術已廣泛應用于食品醫(yī)藥行業(yè)，在外部環(huán)境空氣質量普遍較差的情況下，如何確保噴霧干燥塔內直接與產(chǎn)品接觸的空氣質量，將是企業(yè)保證產(chǎn)品質量的重要技術研究課題。介紹一種噴霧干燥塔的新風預處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)在確保噴霧干燥塔內空氣質量以及節(jié)約成本和能耗等方面具有重要意義。

關鍵詞噴霧干燥；空氣質量；預處理系統(tǒng)；成本；能耗

噴霧干燥是利用熱空氣與產(chǎn)品直接接觸以達到干燥產(chǎn)品的目的，噴霧干燥塔內部的操作環(huán)境理應等同于空氣與物料直接接觸區(qū)域的操作環(huán)境，其空氣質量直接影響著產(chǎn)品的質量，目前噴霧干燥技術已廣泛應用于化工、食品和醫(yī)藥等行業(yè)，為了保證食品、藥品的產(chǎn)品質量，必須對噴霧干燥塔內部的空氣質量進行嚴格的控制。近年來，國內大部分地區(qū)遭受霧霾等天氣影響，空氣質量較差，如何在噴霧干燥塔內空氣質量要求高和室外空氣質量差之間矛盾愈發(fā)突出的情況下，確保噴霧干燥塔內的空氣質量顯得尤為重要。

一般噴霧干燥塔內空氣質量通過配置較高精度的過濾系統(tǒng)來進行控制，但由于高精度過濾系統(tǒng)價格比較昂貴，無法通過簡單清洗再生，且對于室外空氣質量較差的地區(qū)，直接室外采風會使得高精度過濾系統(tǒng)負荷較大，造成過濾系統(tǒng)易堵塞，從而更換頻繁。一旦需要更換過濾系統(tǒng)勢必造成生產(chǎn)停產(chǎn)，嚴重影響生產(chǎn)效率，增加能耗。為此我們認為在這種環(huán)境下，有必要在噴霧干燥塔的高精度過濾系統(tǒng)前面設置一套新風預處理系統(tǒng)。本文以華北地區(qū)某噴霧干燥塔為例，介紹一種噴霧干燥塔的新風預處理系統(tǒng)。

1 噴霧干燥原理及流程

噴霧干燥是通過機械（壓力或離心力）作用，將需要干燥的物料，分散成像霧一樣的微粒，與熱空氣接觸，瞬間將大部分水分除去，使物料中的固體物質干燥成粉末，得到干燥產(chǎn)品。該法能直接使溶液、乳濁液干燥成粉狀或顆粒狀制品，可省去蒸發(fā)、粉碎等工序，目前噴霧干燥已廣泛應用于化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)。

噴霧干燥系統(tǒng)的操作程序為：明確設備技術特性→設備檢查確認→生產(chǎn)操作→停車操作→清洗系統(tǒng)。噴霧干燥塔在正常生產(chǎn)之前要進行烘塔，烘塔溫度150 ℃，時間一般為2 h。

正常生產(chǎn)時噴霧干燥一般分為四個階段：料液霧化成霧滴，霧滴與空氣混合和流動，霧滴水分蒸發(fā)，干燥產(chǎn)品與空氣分離。其主要原理是向干燥塔內引入溫度較高而相對濕度很低的空氣，物料經(jīng)高壓泵作用分散成霧滴與熱風接觸而產(chǎn)生熱交換；由于霧滴形成了無數(shù)的霧狀粒子，從而大大增加表面積，加快了水分蒸發(fā)的速度，在幾秒或幾十秒內，將物料中的水分迅速蒸發(fā)；被蒸發(fā)的廢氣送入大氣中，廢氣中所帶微粉經(jīng)布袋過濾室回收，被干燥的物料經(jīng)過旋風分離從錐體下料口卸出，其具體流程如圖1。本噴霧干燥工藝操作參數(shù)：進料濃度（40 %～60 %）、進料溫度（65～85 ℃）、進風溫度（130～160 ℃）、排風溫度（75～85 ℃）、產(chǎn)品含水量（6 %以下）[1]。

2 噴霧干燥塔的新風預處理系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)的提出

本項目位于華北某地，華北地區(qū)經(jīng)常遭受霧霾等惡劣天氣影響，而且項目所在地周邊企業(yè)產(chǎn)生的煙氣和粉塵容易彌漫于空氣中形成氣溶膠狀態(tài)，造成本項目所在地空氣質量經(jīng)常處于嚴重污染狀態(tài)。

圖1 噴霧干燥工藝流程Fig.1 Schematic diagram of spray drying process

邊健等[2]在氣溶膠垂直分布方面的研究成果表明，隨著高度的增加，通常氣溶膠質量濃度會按指數(shù)關系逐步減少，孫玉穩(wěn)[3]和孫霞[4]等在河北省石家莊市氣溶膠監(jiān)測和研究表明，在0～2 700 m以內，氣溶膠濃度隨高度增加而逐漸減小，說明高位采風時氣溶膠濃度較低，空氣質量較好。根據(jù)噴霧干燥塔的操作特點及工作狀態(tài)要求，一般設置有干燥塔的廠房通常高度較高，形成塔樓結構，恰好可以利用高位取風。

另外室外空氣中的粉塵極易吸潮，形成粘稠物，容易黏附在過濾系統(tǒng)上，不易清除。這樣會使高精度過濾系統(tǒng)極易堵塞，而一般高精度過濾器價格比較昂貴且不便于清洗和再生，只能進行更換。為了確保噴霧干燥塔內的空氣質量，本次考慮在噴霧干燥塔高精度過濾器前面設置一套預處理系統(tǒng)，預處理系統(tǒng)以價格低廉的低精度過濾系統(tǒng)組合而成，減輕后續(xù)過濾器的壓力。由于低精度過濾系統(tǒng)可以用簡單的清洗方式再生，本系統(tǒng)還設置有清洗設施，便于清洗，從而減小了整個過濾系統(tǒng)的更換頻率，降低停產(chǎn)次數(shù)，減少烘塔帶來的損失，提高生產(chǎn)效率。

根據(jù)高位氣溶膠濃度較低和高精度過濾器易堵塞且價格昂貴等因素，本設計考慮在廠房高位設置一套新風預處理系統(tǒng)。

2.2 系統(tǒng)的組成

噴霧干燥塔新風預處理系統(tǒng)包含高位取風室、前置過濾系統(tǒng)、蒸汽加熱系統(tǒng)和清洗系統(tǒng)，具體流程如圖2。前置過濾系統(tǒng)中包含初、中效過濾器，初效過濾器采用鐵絲網(wǎng)制作，鐵絲網(wǎng)不易損壞、容易清洗且價格便宜；中效過濾器采用F系列袋式過濾器，價格相對比較便宜，經(jīng)過前置過濾系統(tǒng)后，對粒徑≥0.5 μm，過濾效率可達到95 %，前置過濾系統(tǒng)可以減輕后續(xù)高精度過濾器的壓力，節(jié)省投資。蒸汽加熱系統(tǒng)設置在前置過濾系統(tǒng)中初效過濾器之后，主要目的是為了預熱新風。清洗系統(tǒng)用于清洗取風前室以及前置過濾系統(tǒng)和蒸汽加熱系統(tǒng)，這樣可以減小前置過濾系統(tǒng)和蒸汽加熱系統(tǒng)的更換頻率。前置過濾系統(tǒng)和蒸汽加熱系統(tǒng)分別設置在單獨的房間，可以方便人員對過濾系統(tǒng)和蒸汽加熱系統(tǒng)進行維修和更換。

由本噴霧干燥工藝操作參數(shù)可知，噴霧干燥塔排風溫度約為80 ℃，根據(jù)章其鴿和劉殿宇等[5-6]在噴霧干燥塔的尾氣余熱回收方面的研究成果，本噴霧干燥塔排風系統(tǒng)設計時通過廢熱回收器將工藝設備新風進行預熱，這樣減輕了空氣加熱器的負荷，從而節(jié)約能耗。

圖2 噴霧干燥塔新風預處理系統(tǒng)流程Fig.2 The flow chart of fresh air pretreatment system of spray drying tower

2.3 系統(tǒng)的特點

本新風預處理系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

（1）高位取風新風質量好。本新風預處理系統(tǒng)將干燥塔的取風口設置在廠房高位，高位取風能夠保證較好的新風質量。

（2）前置過濾系統(tǒng)造價低。前置過濾系統(tǒng)中初效過濾器采用鐵絲網(wǎng)制作，鐵絲網(wǎng)不易損壞且造價低，前置過濾系統(tǒng)中中效過濾器采用F系列袋式過濾器，價格相對比較便宜，能夠降低高精度過濾器的負荷，減小高精度過濾器的更換頻率，降低投資。

（3）前置過濾系統(tǒng)便于清洗和再生。前置過濾系統(tǒng)主要由初效（鐵絲網(wǎng)）和中效（布袋）組成，新風預處理系統(tǒng)中設置有清洗設施，一旦前置過濾系統(tǒng)堵塞，可以進行清洗和再生。

（4）節(jié)約能耗。噴霧干燥塔尾氣溫度較高，采用廢熱回收器將工藝設備新風進行預熱，同時當外界溫度較低時，也可以開啟新風預處理系統(tǒng)中的蒸汽加熱系統(tǒng)進行預熱，減小了加熱器的負荷，從而節(jié)約能耗。

（5）便于維修和更換。前置過濾系統(tǒng)和蒸汽加熱系統(tǒng)設置在新風預處理系統(tǒng)中的取風前室，工作人員可以出入取風前室，便于對前置過濾系統(tǒng)和蒸汽加熱系統(tǒng)進行維修和更換。

由此可見，采用該新風預處理系統(tǒng)后，不僅可以保證較好的空氣質量，而且可以減小過濾系統(tǒng)的更換頻率，減小投資，保證生產(chǎn)效率，同時在尾氣余熱利用和節(jié)約能耗等方面具有重大作用。

3 結束語

目前國內大部分地區(qū)室外空氣質量普遍較差，本文綜合考慮食品藥品安全、環(huán)保和節(jié)能等因素，提出了一種噴霧干燥塔的新風預處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)在確保噴霧干燥塔的新風質量和生產(chǎn)效率以及節(jié)約能耗和降低投資等方面具有重要意義。

參考文獻

[1]王兆光，連續(xù)噴射液化酶法制糖技術[M]. 上海：上海兆光生物工程設計研究院，2011.

[2]邊健，伽麗麗，徐文清，等. 氣溶膠垂直非均一分布對天空背景亮度的影響[J]. 強激光與粒子束，2013，25（5）.

[3]孫玉穩(wěn)，李云川，孫云. 石家莊地區(qū)春季晴天和霾天氣溶膠分布特征的對比分析[A]. 第27屆中國氣象學會年會論文集. 2010.

[4]孫霞，銀燕，孫玉穩(wěn)等. 石家莊地區(qū)春季晴、霾天氣溶膠觀測研究[J]. 中國環(huán)境科學，2011，31（5）.

[5]章其鴿，噴霧干燥塔的尾氣余熱回收[J]. 化學工程師，2008（6）.

[6]劉殿宇，噴霧干燥塔余熱回收新設計[J]. 中國乳業(yè)，2007.

中圖分類號：TQ 051.8+92

文獻標識碼：A

文章編號：2095-817X（2016）02-0043-000

收稿日期：2015-11-16

作者簡介：涂偉（1987—），助理工程師，碩士，主要從事食品及醫(yī)藥工程工藝設計。

Fresh Air Pretreatment System in Spray Drying Tower

Tu Wei, Zhou Kaixiang, Fu Yao, Mei Yong, Yuan Liang
（China Light Industry Wuhan Design & Engineering Co., Ltd, Wuhan 430060）

Abstract:Spray drying technology has been widely used in food and pharmaceutical industry. Under the condition that the air in exterior environment is poor, how to make the air directly touching the product in spray drying tower qualified is core technology to ensure the quality of the product. In this article, one fresh air pretreatment system used in spray drying tower was introduced. This system has been proved to play significant roles in making the air in the tower qualified and saving the cost and energy consumption.

Keywords:spray drying; air quality; pretreatment system; cost; energy consumption